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为探究环境和基因型因素对藜麦(Chenopodium quinoa Willd.)内生菌群的影响,研究人员对不同基因型藜麦种子和根的内生细菌群落展开研究。结果显示种子内生微生物组稳定性高,根内生菌群受多种因素影响。该研究为培育抗逆作物品种提供理论依据1212。
在全球气候变化的大背景下,干旱等极端天气愈发频繁,给农业生产带来了巨大挑战。传统作物在这样的环境下,产量常常受到严重影响,威胁着粮食安全。而植物内生菌作为植物微生态系统的重要组成部分,对植物的生长发育、抗逆性等方面有着至关重要的作用。但目前对于许多作物的内生菌研究还十分有限,尤其是藜麦这种具有高适应性和营养价值的作物,其种子和根内生菌群受环境和基因型影响的机制尚不明确。为了填补这一空白,来自西班牙多个研究机构(包括 Universidad Autónoma de Madrid、Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas 等)的研究人员展开了深入研究。该研究成果发表在《Environmental Microbiome》杂志上,为理解植物与微生物的相互作用以及培育更具抗逆性的作物品种提供了重要依据。
研究人员运用了多种关键技术方法。在样本处理方面,选取两个不同水分利用效率策略的藜麦品种(F15 和 F16)种子,播种后用不同土壤浸出液接种,并设置了充分浇水(WW)和缺水(WD)两种处理组。待植物生长到特定阶段,采集根和种子样本。在分析技术上,主要利用 16S rRNA 基因 metabarcoding 技术评估内生细菌群落的多样性和丰度,通过多种生物信息学方法对数据进行处理和分析
34。
研究结果如下:
- 细菌群落测序及处理:16S rRNA 扩增子测序后经一系列筛选,最终得到不同组织样本的 ASVs(amplicon sequence variant)数据,且通过稀化处理使样本数据标准化5。
- 不同组织细菌丰度差异:组织类型对细菌群落结构影响显著。藜麦种子和根中未分类细菌和关键科的丰度模式不同,如 Micrococcaceae 在种子中含量高,在根中低;Burkholderiaceae 在根中尤其是 WD 条件下含量高67。
- 细菌多样性分析:根内生细菌多样性高于种子。不同因素对种子和根内生细菌群落多样性影响不同,如接种剂对 F16 WW 种子细菌多样性有影响,品种对根内生细菌多样性有影响89。
- 组织对细菌群落组成的影响:组织类型是影响内生细菌群落组成的主要因素,种子微生物群落稳定性高,母本种子与后代种子细菌群落差异不显著,但与根差异显著10。
- 细菌家族的富集模式:组织类型主导细菌群落富集,不同组织、接种剂、品种和水分处理间存在复杂相互作用,如根样本与种子样本相比,Burkholderiaceae、Caulobacteraceae 等在根中富集11。
研究结论表明,组织类型在塑造藜麦内生微生物群落中起关键作用,根微生物组受水分和品种影响,种子微生物组更保守,土壤接种主要影响种子微生物组。基于藜麦的遗传多样性,其相关微生物群落有望用于筛选和利用 PGPB(plant growth-promoting bacteria),这对于提高作物性能和抗逆性意义重大,为农业可持续发展提供了新的方向。但目前研究仍存在局限性,如研究品种有限,未来需探索更多藜麦基因型和其他作物,以深入了解植物遗传、环境因素与内生菌群组装的关系12。